chương 3. th y quy n vÀ
TRANSCRIPT
1
HHÓÓA MÔI TRƯA MÔI TRƯỜỜNGNGEnvironmental ChemistryEnvironmental Chemistry
KHOA MÔI TRƯKHOA MÔI TRƯỜỜNGNGBBỘỘ MÔN KMÔN KỸỸ THUTHUẬẬT MÔI TRƯT MÔI TRƯỜỜNGNG
HuHuếế, 2007, 2007
BBÀÀI GII GIẢẢNGNG
3.1. Tài nguyên nước và chu trình nước3.2. Thành phần của nước tự nhiên
3.2.1.Các khí hòa tan3.2.2.Các chất rắn3.2.3. Thành phần sinh học nước tự nhiên
3.3. Sự tạo phức trong nước tự nhiên3.4. Vai trò của các VSV với các chuyển hóa trong nước
3.4.1. Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ carbon3.4.2. Chuyển hóa các hợp chất nitơ3.4.3. Chuyển hóa các hợp chất lưu huỳnh3.4.4. Chuyển hóa các hợp chất phospho3.4.5. Chuyển hóa các hợp chất sắt
3.5. Ô nhiễm nước3.5.1. Các nguồn ô nhiễm nước3.5.2. Các tác nhân gây ô nhiễm3.5.3. Các yêu cầu về CLN – Tiêu chuẩn CLN
3.6. Xử lý nước thải3.6.1. Các phương pháp sinh học 3.6.2. Các phương pháp cơ lý − hóa học
Chương Chương 3. TH3. THỦỦY QUYY QUYỂỂN VN VÀÀ SSỰỰ Ô NHIÔ NHIỄỄM NƯM NƯỚỚCC
3.1.3.1. TTàài nguyên nưi nguyên nướớc vc vàà chu trchu trìình nưnh nướớcc• Tổng lượng tài nguyên nước trên thế giới ~ 1,4 tỷ km3
• Có 97 % nước đại dương; chỉ 0,62 % nước ngọt có thể sử dụng
Tài nguyên nước có thể tái tạo nhờ và chu trình nước (hydrologic cycle)(hydrologic cycle)
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
2
3.2. Th3.2. Thàành phnh phầần cn củủa nưa nướớc tc tựự nhiênnhiên
• Các nhóm thành phần:
Chất khí hòa tan
Chất rắn hòa tan (vô cơ, hữu cơ)
Chất rắn lơ lửng
Sinh vật
• Đặc điểm nước tự nhiên được đặc trưng bởi các thông s* ch+t l,-ng n,.c
có 3 nhóm:
Thông số vật lý: nhiệt độ, độ đục, mùi, vị,…
Thông số hóa học: pH, độ kiềm, độ cứng, chất rắn (lơ lửng, hòa tan),
nồng độ các cấu tử riêng biệt (DO, Cl-, NO3-, PO4
3-,…)
Thông số sinh học: mật độ vi sinh vật, nồng độ sinh khối,…
Đ/n v1 đo thông s* CLN: mg/L hay ppm, µµµµg/L hay ppb, ng/L hay ppt
Ví d=: m>t m?u n,.c sông A có các đCc tr,ng: pH = 6,3; Ch+t rHn l/ lIng
= 6 mg/L; DO = 5,5 mg/L; NH4+ = 0,02 mg-N/L; Cu2+ = 8,2 ppm…
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
3.2.1. C3.2.1. Cáác khc khíí hòa tanhòa tan
Nguồn gốc: từ không khí hay sản phẩm quá trình sinh hóa trong nước
�Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen: DO)
• Quan trọng nhất do:
� O2 cần thiết cho sự sống của các loài thủy sinh vật
� O2 sử dụng cho quá trình oxy hóa chất ô nhiễm hữu cơ bởi các VSV
→ DO: thông số thông dụng để đánh giá CL nước
• Sự hòa tan oxy trong nước
� Phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất không khí, các chất tan trong
nước,…
� Ở điều kiện xác định, O2 hòa tan đến giá trị tối đa → nồng độ oxy bão
hòa (DOs; s=saturation)
Nhiệt độ ↑↔ DOs↓ ; Pkq ↑↔ DOs↑ ; Salinity↑↔ DOs ↓
(Bảng DO bão hòa trong nước ở các độ muối, nhiệt độ khác nhau)
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
Source: APHA, 1992
5.90 6.20 6.51 6.85 7.19 7.56 305.99 6.30 6.62 6.96 7.32 7.69 296.09 6.40 6.73 7.08 7.44 7.83 286.18 6.51 6.85 7.20 7.58 7.97 276.29 6.62 6.96 7.33 7.71 8.11 266.39 6.73 7.08 7.46 7.85 8.26 256.50 6.84 7.21 7.59 7.99 8.42 246.61 6.96 7.34 7.73 8.14 8.58 236.72 7.09 7.47 7.87 8.30 8.74 226.84 7.21 7.61 8.02 8.46 8.92 216.93 7.35 7.75 8.17 8.62 9.09 207.09 7.48 7.90 8.33 8.79 9.28 197.22 7.62 8.05 8.50 8.97 9.47 187.36 7.77 8.21 8.67 9.15 9.67 177.50 7.92 8.37 8.84 9.34 9.87 167.64 8.08 8.54 9.03 9.54 10.08 15
2520151050Salinity (ppm)
Temp. (oC)
SOLUBILITY OF OXYGEN IN FRESH AND SALINE WATER ATSOLUBILITY OF OXYGEN IN FRESH AND SALINE WATER AT 760 mm Hg (in mg/L) XXáác đc địịnh DO trong nưnh DO trong nướớcc
Ph,/ng pháp Winkler (hóa h[c)
Nguyên tắc:
(1).Trong môi trường OH-, DO oxy hóa Mn(II) thêm vào đến Mn(IV):
MnSO4 + KOH = Mn(OH)2 + K2SO4
2 Mn(OH)2 + O2 = 2 H2MnO3
(2). Mn(IV) tạo thành oxy hóa I- thêm vào đến I2 trong môi trường H+:
H2MnO3 + 2 KI + 2 H2SO4 = K2SO4 + MnSO4 + 3 H2O + I2
(3). Lượng I2 sinh ra (tương ứng lượng DO ban đầu) được xác định
bằng chuẩn độ với dung dịch Na2S2O3, chỉ thị tinh bột.
I2 + 2 Na2S2O3 = Na2S4O6 + 2 NaI
(Th\c t]: ti]n hành b,.c 1 _ hi`n tr,ang, b,.c 2 và 3 _ PTN)
Đo bbng máy đo DO (DO meter) v.i đi`n c\c DO (DO electrode)
Nguyên tắc: dòng điện xuất hiện trong điện cực tỷ lệ với lượng O2
khuếch tán qua màng, lượng O2 khuếch tán tỷ lệ với DO trong nước;
từ cường độ dòng điện ⇒⇒⇒⇒ DO
3
� CO2 hòa tan
• Cũng đóng vai trò quan trọng nhất định, nồng độ CO2 liên quan:
Độ kiềm, độ acid của nước
Độ xâm thực của nước
Quá trình quang hợp…
• Các phản ứng của CO2 khi hòa tan trong nước:
CO2(aq) + H2O ⇔⇔⇔⇔ H2CO3
H2CO3 ⇔⇔⇔⇔ H+ + HCO3-
HCO3- ⇔⇔⇔⇔ H+ + CO3
2-
• Ở 25°C, nước cân bằng với không khí không ô nhiễm chứa 350
ppm CO2 sẽ có nồng độ CO2 hòa tan là 1.146 ×××× 10-5 M.
• Dạng tồn tại của CO2 hòa tan trong nước phụ thuộc vào pH (Hình),
VVíí ddụụ:: pH < 4,5 – chủ yếu dạng CO2;
pH 7,5-9.0 – chủ yếu dạng HCO3-;
pH > 11 – chủ yếu dạng CO32-
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%% BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
3.2.2. C3.2.2. Cáác chc chấất rt rắắnnCh+t rHn l/ lIng (SS = Suspended solids)
� Phần nằm lại trên giấy lọc cỡ 0,45 µµµµm khi lọc mẫu nước.
� Gồm các hạt vô cơ (đất sét, phù sa,..), hạt hữu cơ (VSV, sợi,…)
� PP xác định: lọc mẫu qua giấy lọc sợi thủy tinh (glass-fiber filter), sấy khô đến khối lượng không đổi ở 103-105oC và cân. Đơn vị: mg/L
Ch+t rHn hòa tan (TDS = total dissolved solids)
� Phần nước trong lọt qua giấy lọc cỡ 0,45 µµµµm.
� Gồm các muối hòa tan (vô cơ, hữu cơ)
� PP xác định: làm bay hơi dịch lọc đã lođã loạại SSi SS (qua giấy lọc cỡ0,45 µµµµm). Đơn vị: mg/L.
� Có thể tính gần đúng từ độ dẫn điện (EC: Electric conductivity)của mẫu nước: TDS (mg/L) = k ××××EC (µµµµS/cm) (k = 0,50 ~ 0,85)
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
Teng ch+t rHn (TS = Total solids)
• phần chất rắn còn lại sau khi làm bay hơi hết nước ở 103-1050C.
• Quan hệ TS, SS và TDS: TS = SS + TDSTS = SS + TDS
Ch+t rHn l/ lIng df bay h/i (VSS = Volatile suspended solids)
• Phần mmấất đit đi khi nung SS ở 550oC
• Gồm các chất hữu cơ, các chất bị phân hủy nhiệt ở 550oC
• PP xác định: nung mẫu SS trên giấy lọc ở 550oC, xác định lượng cân giảm đi → VSS.
Tro (FSS = Fixed suspended solids)
• Phần còn lại sau khi nung SS ở 550oC
• Gồm các muối vô cơ
• Quan hệ: SS = VSS + FSSSS = VSS + FSS
Còn phân bi`t m>t s* loji ch+t rHn khác nh,ng ít phe bi]n h/n: ch+t rHn l[c đ,-c (FS = filtrable solids), VFS, TFS
Xem s/ đm
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
4
Các chất vô cơ hòa tan• Bảng thành phần hóa học TB nước sông hồ và nước biển
→ tổng nồng độ ion hòa tan trong nước biển >> trong nước sông
→ độ muối/độ mặn của nước biển (thường ~ 3,5%).
Nmng đ> các ion hòa tan càng cao – EC càng cao
• Đặc điểm nước biển:
� Tỷ lệ thành phần cấu tử chính ổn định
Na/Cl = 0,55 ~ 0,56
Mg/Cl = 0,06 ~ 0,07
K/Cl = 0,02
� pH ổn định = 8,1 ± 0,2, nhờ các hệ đệm tự nhiên trong nước biển:
� hệ đệm carbonat: H2CO3/HCO3-/CO3
2-
� hệ đệm B(OH)3/B(OH)4-
� tác dụng đệm của cân bằng trao đổi cation tan trong nước biển với pha silicat trong trầm tích (được xem là quan trọng nhất)
- pE ổn định = 12,5 ± 0,2
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
pE = - lgaepH = - lgaH+d.d loãng: pH = - lg[H+]
Cân bằng oxy hóa-khử:
Ox + ne ⇔⇔⇔⇔ Kh
Cân bằng acid-base:
A-H ⇔⇔⇔⇔ A- + H+
HHệệ đ đệệm carbonat:m carbonat:
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- H+ + CO3
2-
Hệ đệm B(OH)3/B(OH)4-
B(OH)3 + H2O B(OH)4 + H+
Cân bằng trao đổi cation tan trong nước biển với pha silicat trong trầm tích
Al2SiO5(OH)4(s) + 4 SiO2(s) + 2 K+ + 2 Ca2+ + 9 H2O
2 KCaAl2Si5O10(H2O)6(s) + 6 H+
pH – pE
pH<5 pH>5 pH>8,3
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
5
CCáác chc chấất ht hữữu cơ hòa tan trong nưu cơ hòa tan trong nướớcc
Nước tự nhiên không ô nhiễm:
Hàm lượng chất hữu cơ rất thấp.
Nguồn tự nhiên chủ yếu từ các quá trình sinh học (phân hủy
xác động thực vật)
Nước ô nhiễm: hàm lượng hữu cơ tăng cao
Thông số đánh giá chất hữu cơ trong nước: BOD5, COD, TOC
(sẽ đề cập ở phần ô nhiễm nước)
Dựa vào khả năng bị phân hủy bởi VSV trong nước:
Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (biodegradable),(biodegradable),
vd: các acid béo, glucid, protein, lipid,…
Các chất hữu cơ không bị phân hủy sinh học
(nonbiodegradable), vd. các hợp chất cơ-clo, humic,…
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
3.2.3. Th3.2.3. Thàành phnh phầần sinh hn sinh họọc nưc nướớc tc tựự nhiênnhiên
• Các SV trong nước tự nhiên gồm:
� Vi khuẩn,
� Nấm,
� Virus, tảo,
� Cỏ, động vật đa bào, nhuyễn thể, động vật có xương sống
• Trong một hệ sinh thái thủy vực nước ngọt, phân bố các sinh vật theo chiều sâu:
� Sinh vật phù du (plankton)
�Thực vật phù du (phytoplankton)
�Động vật phù du (zooplankton)
� Cá
� Sinh vật bám
� Sinh vật đáy (benthos)
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
3.3. Sự tạo phức trong nước tự nhiên• Các tác nhân tạo phức tự nhiên: humic acid, amino acid, Cl-
Các tác nhân tạo phức tổng hợp (từ nước thải): tripolyphosphat, NTA (nitriloacetic acid), EDTA, citrat,..
• Các nhóm chức thường gặp trong các tác nhân tạo phức:
carboxylate dị vòng phenoxide amino phosphatechứa N
Tạo phức của NTA với kim loại hóa trị 2
• Tạo phức với hầu hết ion kim loại trong nước tự nhiên: MgMg2+2+, Ca, Ca2+2+, Mn, Mn2+2+, Fe, Fe2+2+, Fe, Fe3+3+, Cu, Cu2+2+, Zn, Zn2+2+,,……vvàà ccáác ion kim loc ion kim loạại nhưi như: Co: Co2+2+, Ni, Ni2+2+, Sr, Sr2+2+, Cd, Cd2+2+, Ba, Ba2+2+,,……
• Do sự tạo phức mà:→→ CCáác ion kim loc ion kim loạại ti tồồn tn tạại nhii nhiềều du dạạng khng kháác nhau trong nưc nhau trong nướớcc→→ CCóó ththểể llààm hòa tan hay km hòa tan hay kếết tt tủủa ma mộột st sốố kim lokim loạạii
Tạo phức với hợp chất humic (humic substances)• Các hợp chất humic: sản phẩm không phân hủy sinh học tạo thành khi phân
hủy xác thực vật.
• Phân biệt 3 dạng theo độ tan:
�� Humin Humin -- phphầần cn cặặn không tan khi chin không tan khi chiếết bt bằằng dung dng dung dịịch kich kiềềmm
�� Humic acid Humic acid -- phphầần tan trong dn tan trong dịịch chich chiếết kit kiềềm nhưng km nhưng kếết tt tủủa khi acid ha khi acid hóóaa
�� Fulvic acid Fulvic acid -- phphầần tan trong dn tan trong dịịch chich chiếết kit kiềềm vm vàà không kkhông kếết tt tủủa khi acid ha khi acid hóóaa
6
• Các nhóm chức trong hợp chất humic gồm: carboxyl (COOH), OH phenol, OH alcol, carbonyl (C=O)
→ Các hợp chất humic tạo phức với các ion kim loại bằng các kiểu liên kết sau:
O
O
O
M
H
O
O
M
O
OH
O
O
M+
1 nhóm COOH và 1 nhóm OH 2 nhóm COOH 1 nhóm COOH
C+u trúc gio thi]t cpa acid fulvic
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
• Các hợp chất humic được quan tâm đặc biệt từ những năm 1970
sau khi phát hiện các hợp chất THMs (trihalomethane) có trong
nước cấp:
� THMs là sản phẩm tạo thành do phản ứng của các hợp chất
humic với clo dùng khử trùng nước.
� THMs là các chất gây ung thư
• Khả năng tạo phức của các kim loại với với các hợp chất humic:
� Fe2+ và Al3+ - rất mạnh
� Các ion Ni2+, Pb2+, Ca2+ và Zn2+ - trung bình
� Mg2+ - yếu
• Acid fulvic liên quan đặc biệt tới sự hòa tan và vận chuyển Fe
trong nước. Các phức của Fe hòa tan với hợp chất kiểu fulvic acid
màu vàng (gọi là Gelbstoffe) gây màu của nước.
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
3.4. Vai trò c3.4. Vai trò củủa ca cáác VSV vc VSV vớới ci cáác chuyc chuyểển hn hóóa trong nưa trong nướớcc• Các VSV đóng vai trò như “xúc tác sống” cho nhiều phản ứng chuyển hóa
quan trọng trong MT nước.
• Các VSV chủ yếu:
Vi khuẩn (Bacteria)(Bacteria)
� VSV đơn bào, nhân nguyên thủy; hình que (bacillus), hình cầu (coccus), hay xoắn (vibrios, spirilla); Kích thước từ 0,5–3,0 µµµµm.
� VK tự dưỡng-VK dị dưỡng; VK hiếu khí-VK kỵ khí-VK tùy nghi
� Vai trò quan trọng nhất trong các chuyển hóa trong nước
Nấm (Fungi)(Fungi)
� VSV đa bào, nhân thật, dạng sợi, kích thước lớn hơn VK (5-10 µµµµm)
�Có vai trò quan trọng trong phân hủy cellulose và các hợp chất hữu cơ lớn thành sản phẩm hòa tan.
Tảo (Algae):(Algae):
�Các VSV đơn hay đa bào, nhân nguyên thủy
�Có khả năng quang hợp – là các SV sản xuất sơ cấp
Động vật nguyên sinh (Protozoa)(Protozoa)
� VSV đơn bào, nhân thật, có khả năng di chuyển
� Tiêu thụ vi khuẩn
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
3.4.1. Chuy3.4.1. Chuyqqn hn hóóa ca cáác hc h--p chp ch++t ht hrru c/ carbonu c/ carbon
TTooo vo vàà quang hquang h--p:p:
• Quang hợp: tảo cố định C vô cơ (CO2, HCO3-) thành C hữu cơ:
CO2 + H2O + hνννν → {CH2O} + O2
• Quang hợp còn tạo ra O2 cung cấp cho các VK hiếu khí
• Ngoài C,H,O; quang hợp còn cần N (dạng NO3-), P (dạng PO4
3-) và một số
nguyên tố lượng vết (Na, K, Ca, Mg, Fe, Co, Mo).
• Một số cách viết phản ứng quang hóa và thành phần tế bào tảo:
Theo Fogg:Theo Fogg:
5.7 CO2 + 3.4 H2O + NH3 → C5.7H9.8O2.3N + 6.25 O2
(Tảo Chlorella C5,7H9,8O2,3NP0,06)
Theo Redfield:Theo Redfield:
106 CO2 + 122 H2O + 16 NO3- + HPO4
- + 18 H+ →C106H263O110N16P +138 O2
• Khi không có ánh sáng (ban đêm), tảo tiêu thụ O2 để oxy hóa các chất dự
trữ (tinh bột, lipid).
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
7
Oxy hOxy hóóa hia hiếếu khu khíí hhợợp chp chấất ht hữữu cơu cơ
• Vi khuẩn hiếu khí sử dụng năng lượng từ phản ứng oxy hóa hợp chất hữu
cơ (dị hóa) để tổng hợp tế bào mới (đồng hóa):
D1 hóa: ¼ {CH2O} + ¼ O2(g) → ¼ CO2 + ¼ H2O + E
Đmng hóa: {CH2O} + NH4+ + HCO3
- + E → C5H7O2N + H2O
(t(t]] bbàào VK)o VK)
• Các hydrocarbon có thể bị oxy hóa hiếu khí bởi một số VK nhóm
Micrococcus, Pseudomonas, Mycobacterium, and Nocardia → làm sạch các
chất thải dầu mỏ trong nước.
Phân hPhân hủủy ky kỵỵ khkhíí
• Trong điều kiện kỵ khí (tầng đáy thủy vực), phản ứng dị hóa của các VK kỵ
khí là phân hủy hợp chất hữu cơ tạo CH4 và CO2:
D1 hóa: ¼ {CH2O} → 1/8 CH4 + 1/8 CO2 + E
• Phản ứng đơn giản này bao gồm nhiều giai đoạn trung gian với sự tham gia
của nhiều nhóm VK khác nhau.
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
3.4.2. Chuy3.4.2. Chuyqqn hn hóóa ca cáác hc h--p chp ch++t nit/t nit/
• Các quá trình chuyển hóa sinh học N trong nước là những cấu thành của
chu trình N.
• Hai quá trình chuyển hóa N quan trọng trong nước:
� Nitrat hóa (Nitrification) – oxy hóa NH3 hay NH4+ bởi các VK tự dưỡng
Nitrosomonas và Nitrobacter
2 NH4+ + 3 O2 2 NO2
- + 4 H+ + 2 H2O
2 NO2- + O2 2 NO3
-
NH4+ + 2 O2 --------------���� NO3
- + 2 H+ + H2O
� Khử nitrat (Denitrification) – khử NO3- về N2 qua trung gian NO2
-
NO3- + {CH2O} + H+ → N2 + H2O + CO2
(Ch+t hru c/) VK dVK dịị dư dưỡỡngng
Nitrosomonas
Nitrobacter
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
3.4.3. Chuy3.4.3. Chuyqqn hn hóóa ca cáác hc h--p chp ch++t l,u hut l,u huỳỳnhnh
• Khử SO42- thành S2- bởi các VK như Desulfovibrio:
SOSO4422-- + 2 {CH+ 2 {CH22O} + 2 HO} + 2 H+ + →→ HH22S + 2 COS + 2 CO22 + 2 H+ 2 H22OO
→VK sử dụng sulfate làm chất nhận electron để oxy hóa hợp
chất hữu cơ
� Với nước chứa nhiều muối SO42- (vd. nước biển) - tạo ra H2S
gây ô nhiễm (độc, mùi); tạo các sulfua kim loại lắng trong bùn
đáy (FeS: đen).
• Oxy hóa S2- thành SO42- bởi các VK lưu huỳnh như Thiobacillus:
2 H2 H22S + 4 OS + 4 O22 →→ 4 H4 H++ + 2 SO+ 2 SO4422--
� Một số loại VK như Thiobacillus thiooxidans có thể chịu được
môi trường acid mạnh.
• Phân hủy các hợp chất hữu cơ-lưu huỳnh → tạo các hợp chất có
mùi khó chịu như CH3S, CH3S-SCH3, H2S,…
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
8
3.4.4. Chuy3.4.4. Chuyqqn hn hóóa ca cáác hc h--p chp ch++t phosphot phospho
Các hợp chất P trong nước: P-sinh học (DNA tế bào), P-hữu cơ
(thuốc trừ sâu), P-vô cơ (H2PO4-,HPO4
2-, PO43-)
• Các QT chuyển hóa:
� H+p thu P cho sinh tr,_ng too, vi khuvn (Thành phwn too Chlorella:
C5,7H9,8O2,3NP0,06, thành phwn VK: C60H87O23N12P).
• Trong nước, P thường là chất dinh dưỡng giới hạn cho sự phát
triển của tảo (nồng độ tới hạn: 0,01 mg-P/L).
• VK có thể hấp thu P hiệu quả hơn tảo, tích lũy và giải phóng trở
lại khi gặp điều kiện môi trường thiếu P.
� S\ phân hpy sinh h[c các h-p ch+t P- sinh h[c, P-hru c/:
• Quá trình khoáng hóa (mineralization) – cung cấp nguồn PO43-
cho sinh trưởng tảo, thực vật;
• Khử độc tích cao của các hợp chất cơ-phospho (thuốc trừ sâu)
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
3.4.5. Chuy3.4.5. Chuyqqn hn hóóa ca cáác hc h--p chp ch++t st sHHtt
• Một số VK như Ferrobacillus, Gallionella, Sphaerotilus sử
dụng năng lượng cho nhu cầu trao đổi chất nhờ phản
ứng oxy hóa Fe(II):
4 Fe4 Fe2+2+ + 4 H+ 4 H++ + O+ O22 →→ 4 Fe4 Fe3+3+ + 2 H+ 2 H22OO
• Một số VK sắt dùng CO2 làm nguồn C cho tổng hợp tế
bào → có thể phát triển ở môi trường không có chất hữu
cơ, lượng lớn kết tủa Fe(OH)3 tạo thành những nơi VK
sắt phát triển mạnh.
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
3.5. Ô nhi3.5. Ô nhiễễm nưm nướớcc
3.5.1. Các nguồn ô nhiễm nước
3.5.2. Các tác nhân gây ô nhiễm nước
(1). Các ion vô cơ hòa tan
(2). Các chất hữu cơ
(3). Dầu mỡ
(4). Các chất có màu
(5). Các chất có mùi, vị
(6). Các tác nhân gây bệnh
(7). Chất rắn lơ lửng
3.5.3. Các yêu cầu về chất lượng nước – Tiêu chuẩn CLN
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
3.5. Ô nhi3.5. Ô nhiễễm nưm nướớcc
• Các thủy vực có khả năng tự làm sạch tự nhiên (vd: đất ngập nước...)
• Khi lượng chất ÔN > khả năng tự làm sạch dẫn đến ÔN nước.
• Một số khái niệm
� Tác nhân/chất ÔN
� Nồng độ chất ÔN: mg/L hay ppm, µµµµg/L hay ppb, ng/L hay ppt
� Tải lượng chất ÔN/tải lượng thải (waste load) = khối lượng chất thải/đơn
vị thời gian (vd, kg BOD5/ngày)
� Tải trọng chất thải (nói đến bể xử lý) = khối lượng chất thải/đơn vị thể
tích/đơn vị thời gian (vd, kg BOD5/m3/ngày)
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
9
3.5.1. C3.5.1. Cáác nguc nguồồn ô nhin ô nhiễễm nưm nướớcc
• Theo bản chất:
� Nguồn tự nhiên: xâm nhập mặn, nhiễm phèn, thối rửa xác SV,…
� Nguồn nhân tạo: NT sinh hoạt, công nghiệp
• Theo đặc điểm quản lý nguồn
�� NguNguồồn đin điểểm (point sources)m (point sources) – xác định được vị trí, lưu lượng,
đặc điểm (vd: cống thải)
�� NguNguồồn không đin không điểểm (nonm (non--point sources)point sources) hay phân tán – không
xác định được chính xác vị trí, lưu lượng, đặc điểm (vd: nước
chảy tràn đô thị, đồng ruộng…)
• Các loại nước thải (wastewater) là những nguồn gây ô nhiễm nước
nhiều nhất.
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
CCáác loc loạại nưi nướớc thc thảảiiNT sinh hoạt (domestic wastewater)
• Từ sinh hoạt hàng ngày của con người
• Chủ yếu chứa các chất hữu cơ dễ PHSH, chất dinh dưỡng (N, P), SS, vi khuẩn gây bệnh.
• Lưu lượng thải và thành phần NT tùy thuộc mức sống, lối sống, khí hậu, phương thức thu gom,…
Bảng: Tải lượng ô nhiễm đầu người
Bảng: Đặc điểm thành phần NT sinh hoạt.
NT đô thị (Municipal wastewater) = NTSH + NT vệ sinh + NTCN
• Thu gom vào hệ thống cống đô thị
• Ước tính: 70 ~ 90% nước cấp (nước máy) thành NTĐT
NT công nghiệp (Industrial wastewater)
• Thành phần tùy thuộc vào ngành SX cụ thể
Bảng các tác nhân ÔN chính một số loại NTCN
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
0,8 ~ 4Tổng phospho (tính theo P)
6 ~ 12Tổng nitơ (tính theo N)
4 ~ 8Cl-70 ~ 145TSS
170 ~220TDS
(1,6 ~ 1,9) ×BOD5COD
45 ~ 54BOD5
Tải lượng(g/ng.ngày đêm)
Tác nhân ÔN
Tải lượng ô nhiễm do con người đưa vào môi trường hằng ngày
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
107~109107~108106~107Tổng coliform, MPN/100mL11
15010050Dầu mỡ, mg/L10
1584Tổng PO43-, mg/L9
35158Org-N, mg/L8
502512NH3-N, mg/L7
854020TKN, mg/L6
1000500250COD, mg/L5
400220110BOD5, mg/L4
350220100SS, mg/L3
850500250TDS, mg/L2
1200720350TS, mg/L1
NặngVừaNhẹ
Mức độ ô nhiễmThông sốTT
CáCác thông sc thông số ố đđặặc trưng c trưng củcủa NTSH (USA)a NTSH (USA)
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
10
BảBảng cng cáác tc táác nhân ÔN chc nhân ÔN chíính trong nh trong mmộột st sốố NTCNNTCN
Chất hữu cơ, dầu mỡ, phenol, TSHoá dầu
NH4+, NO3
-, TSS, UreSản xuất phân hoá học
SS, Chất hữu cơ, N hữu cơGiết mổ gia súc
Chất hữu cơ, SS, chất dinh dưỡng (N,P)Chế biến nông sản
Chất hữu cơ, các dạng nitơ, SS, mùiChế biến thuỷ sản
Chất hữu cơ, chất dinh dưỡng (N,P), SSBia
Chất hữu cơ, màu, TSS, kim loại độc, độ kiềmDệt nhuộm
Chất hữu cơ, SS, màu, kim loại nặng, dầu mỡThuộc da
Chất hữu cơ, độ kiềm, màuGiấy và bột giấy
Tác nhân ô nhiễmCông nghiệp
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
SSốố dân tương đương dân tương đương –– PE (Population Equivalent)PE (Population Equivalent)
PE để đánh giá quy mô nguồn thải công nghiệp hay nguồn thải phân
tán so sánh với NTSH hay NTĐT.
PE là con s* chy ra s* dân có toi l,-ng ch+t ô nhifm t,/ng đ,/ng
v.i toi l,-ng cpa ngumn thoi CN hay phân tán đang xét.
Thường hay lấy tải lượng BOD5 để quy đổi, tải lượng BOD5 sinh hoạt
đầu người trung bình = 0,05 kg/người /ngày = 50 g/người/ngày
Ví dụ: Một nhà máy tạo ra NT có lưu lượng trung bình 500 m3/d, hàm
lượng trung bình BOD5 = 800 mg/L.
PE = 500 ×××× 800 ×××× 10-3/0,05 = 8000 người
→→→→ nhà máy này có mức độ gây ô nhiễm hữu cơ tương đương khu
dân cư 8000 người.
Tải lượng chất ÔN của nguồn thải (kg/ngày)
Tải lượng chất ÔN trên đầu người (kg/người/ngày)PE =
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
3.5.2. C3.5.2. Cáác tc táác nhân gây ô c nhân gây ô nhinhiễễm m nưnướớcc
(1). C(1). Cáác ion vô cơ hòa tanc ion vô cơ hòa tan
CCáác c chchấấtt dinh dinh dưdưỡỡng ng (N, P)(N, P)Amoni (NHAmoni (NH44++) v) vàà amoniac (NHamoniac (NH33))
• Trong nước tồn tạo cân bằng 2 dạng: NH4+ và NH3 + H+
• Total Ammoniacal Nitrogen:TAN = (NH3-N) + (NH4-N)
• Chú ý 2 cách biểu diễn nồng độ: mg NH3/L và mg-N/L (hay mg NH3-N/L)
• Nồng độ amoniac tự do cân bằng với TAN phụ thuộc vào pH và nhiệt độ :
pHT
pH
e
TANNNH
10
10
27363443
+
×=−+
• Vd: 25oC, pH=9, TAN = 100 mg-N/L; nồng độ amoniac nhiệt độ
N/L-mg 2,36
10
10100
925273
6344
9
3 =
+
×=−+e
NNH
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
NH3 + HOCl +Na2Fe(CN)5NO
(Natri Nitroprussid)
O N OH
Indophenol
OH
Nguồn gốc ô nhiễm:Phân bón sử dụng trong NN (urea, amoni sulfate,…)
NT sinh hoạt (~50 mg-N/L)
NT một số công nghiệp, nhất là CN thực phẩm (~ 100 mg-N/L)
Tác động:Với môi trường nước – tiêu thụ oxy làm giảm DO; phú dưỡng
Với sinh vật trong nước – amoniac tự do độc với tôm, cá…
Tiêu chuẩn amoniac trong nước:nước mặt ≤ 0,05 mg-N/L (loại A), ≤1 mg-N/L (loại B) (TCVN 5942-1995)
nước ven bờ ≤ 0,1 mg-N/L (cho bãi tắm), ≤1 mg-N/L (cho nuôi thủy
sản) (TCVN 5943-1995)
PP phân tích:Kiềm hóa - chưng cất – chuẩn độ NH3 sinh ra
Trắc quang với thuốc thử Nestler
Trắc quang với thuốc thử phenol (PP phenat): tạo indophenol màu
xanh, đo quang ở 660 nm
11
Nitrat (NONitrat (NO33--))
Nguồn ô nhiễm:
Phân bón trong NN
Nước thải, đặc biệt NT đã qua xử lý hiếu khí (có QT nitrat hóa)
Tác động:
Với môi trường – phú dưỡng - ảnh hưởng xấu đến CLN
Với sức khỏe – hội chứng methemoglobinemia ở trẻ em (rối loạn máu)
Tiêu chuẩn nitrat trong nước:
Trong nước mặt ≤ 10 mg-N/L (A), 15 mg-N/L (B) (TCVN 5942-1995)
Trong nước ngầm tối đa là 45 mg/L (TCVN 5944-1995)
Trong nước uống: tối đa 10 mg-N/L (WHO), 50 mg/L (Bộ Y tế VN)
ChChúú ý: Phân biý: Phân bi`̀t nt nmmng đng đ>> mgmg--N/L (hay mg NON/L (hay mg NO33--N/L) vN/L) vàà mg NOmg NO33
--/L. /L.
VVíí dd==, T, TC n,C n,..c uc u**ng Bng B>> Y tY t]] 50 mg NO50 mg NO33--/L = 11,3 mg/L = 11,3 mg--N/LN/L
PP phân tPP phân tíích nitrat trong nưch nitrat trong nướớc/NT:c/NT:
Khử về NO2- và xác định NO2
- bằng PP trắc quang
Trắc quang với thuốc thử salicylat
Đo bằng điện cực chọn lọc ion (ISE).
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
SO2NH2
NH2
+ NO2- + 2 H+
SO2NH2
N+ N
+ 2 H2O
SO2NH2
N+ N
+
NH-CH2-CH2-NH2. 2HCl
H2N-O2S N N NHCH2CH2NH2. 2HCl
CCáác dc djjng hng h--p chp ch++t nit/ kht nit/ kháác trong n,c trong n,..c vc vàà NTNT
Ngoài NH3 /NH4+, NO3
-, còn có nitơ hữu cơ (Org-N), nitrit (NO2-)
- Org-N gồm các hợp chất tự nhiên (protein, nucleic acid, urea) và
các hợp chất tổng hợp.
- NO2- là sản phẩm trung gian của oxy hóa amoni và khử nitrat; có
tác hại trực tiếp đến sức khỏe (HNO2 tác dụng với amin bậc 2 tạo
nitrosamin gây ung thư: RR’NH + HONO → RR’N-NO + H2O)
Khi phân tKhi phân tíích cch cóó ththểể xxáác đc địịnh đnh đồồng thng thờời Orgi Org--N vN vàà NHNH33--N N →→ ggọọi li làà
ttổổng nitơ Kjeldahl ng nitơ Kjeldahl (Total Kjeldahl Nitrogen, TKN): TKN = Org(Total Kjeldahl Nitrogen, TKN): TKN = Org--N + NHN + NH33--NN
Nồng độ tất cả các dạng nitơ gọi là tổng nitơ (Total nitrogen, T-N).
Phân tPhân tíích NOch NO22--N bN bằằng PP trng PP trắắc quang (tc quang (tạạo mo mààu đu đỏỏ azo azo, , đo mđo mààu u ởở 543 nm): 543 nm):
Phosphat (POPhosphat (PO4433--))
Trong nước không ô nhiễm phosphat < 0,01 mg-P/L
Thường sử dụng 2 thông số: PO43- (ortophosphat) và T-P (tổng
phosphat, T-P= Org-P + PO43-+ Poly-P).
Nguồn ô nhiễm:
� NT đô thị (phụ gia bột giặt, thực phẩm thừa, chất thải vệ sinh… )
� Phân bón trong NN
� NT công nghiệp.
Tác động:
� Không độc hại nhưng liên quan đến sự phú dưỡng (eutrophication) –
hiện tượng tảo phát triển quá mức gây các hậu quả xấu với CLN.
� Thường P là chất dinh dưỡng giới hạn. Ngưỡng phú dưỡng: ≥≥≥≥ 0,01
mg-P/L và tỷ lệ P/N/C > 1/16/1001/16/100
Phân tích phosphat
Với PO43-: PP Trắc quang với acid ascorbic – PO4
3- phản ứng với amoni
molybdat và kali antimonyl tartrat tạo acid phosphomolybdic, acid này bị
khử bởi acid ascorbic tạo hợp chất có màu xanh thẩm, (A = 880 nm).
Với T-P: phân hủy mẫu với K2S2O8/H2SO4 rồi xác định PO43- như trên.
Sulfat (SOSulfat (SO4422--))
Nguồn ÔN
Tự nhiên: nhiễm phèn, nhiễm mặn (nước biển), nước chảy qua vùng
có mỏ quặng (pyrit)
Nhân tạo: NT công nghiệp.
Tác động:
Bị khử tạo H2S có mùi khó chịu và độc với cá
Ở nồng độ cao có tác hại với cây trồng
Ăn mòn vật liệu
Clorua (ClClorua (Cl--))
Nguồn ÔN:
Xâm nhập mặn (saline intrusion)
Tác động:
Nồng độ cao Cl- trong nước
Ảnh hưởng xấu đến mục đích sinh hoạt (ăn uống, tắm, giặt)
Ảnh hưởng xấu đến cây trồng
Giảm tuổi thọ công trình bê tông, sắt thép…
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
12
CCáác kim c kim loloạại đi độộcc
10 µg/L (nước ven biển nuôi TS,
nước uống);
50 µg/L (nước mặt-A, nước
ngầm, nước ven biển tắm);
100 µg/L (nước mặt-B);
Rất độc với
người, động
vật; gây ung
thư
Khai khoáng,
luyện kimArsen
(As)
1 µg/L (nước mặt-A, nước ngầm);
2 µg/L (nước mặt-B)
5 µg/L (nước ven biển NTTS,
tắm)
Rất độc với
người, động vật
thủy sinh, VSV
NT CN hóa chất,
điện tử
Thuốc diệt nấm
Thủy
ngân
(Hg)
50 µg/L (nước mặt-A, nước
ngầm, nước ven biển nuôi TS);
100 µg/L (nước mặt-B, nước ven
biển tắm)
Độc với người,
động vật thủy
sinh
NT SX pin, ắc-
quy, luyện kim
Khí thải giao
thông
Chì
(Pb)
Giới hạn trong nước (TCVN)Tác độngNguồn thảiKim loại
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
Hanoi
As trong nước ngầm Hà Nội 9/1999 Bệnh da chân do nhiễm As
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
SSựự ccốố MinamataMinamata• Thành phố Minamata – tỉnh Kumamoto, Nhật Bản
• Sự cố: ô nhiễm thủy ngân từ Nhà máy sản xuất vinyl clorua của Cty Chisso
• Hg2+ (xúc tác tổng hợp vinyl clorua từ C2H2) thải ra vịnh Minamata và tích lũy vào thủy sản → người dân bị nhiễm khi ăn thủy sản.
• Nồng độ Hg2+ tích lũy
�trong bùn đáy > 25 ppm
�trong trai sò > 80 ppm
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
• Đến 1991 có 2248 người mắc bệnh trong đó 1004 người đã chết.
• Toàn bộ bùn đáy nhiễm Hg được nạo vét và chôn lấp kỹ, phía trên xây
dựng công viên, bãi đỗ xe, bảo tàng Minamata.
SSựự ccốố MinamataMinamata
13
(2). C(2). Cáác chc chấất ht hữữu cơu cơCác ch+t hru c/ df PHSH (tiêu th= oxy)• Gồm carbohydrat, protein, lipid, các alcol, acid mạch ngắn,…
• Nguồn ÔN:
� NT sinh hoạt, NT đô thị
� NT công nghiệp (thực phẩm)
• Tác động:
� Quá trình phân hủy bởi VSV hiếu khí làm suy giảm DO trong nước sau khi nhận thải gây ảnh hưởng đời sống các động vật thủy sinh.
� Đường cong suy giảm sau nhận thải DO có dạng:
ÔN nh~ÔN TB
ÔN nCng
Chiều dòng chảy
DO
Nguồn thải
ĐĐộộ gigiảảm DO tm DO tạại mi mộột vt vịị trtríí sau khi nhsau khi nhậận thn thảải đưi đượợc tc tíính theo mô hnh theo mô hìình Streeternh Streeter--Phelps:Phelps:
( ) tktktkt eDee
kk
LkD 221
012
01 −−− +−−
=
t: tht: thờời gian ci gian cầần thin thiếết dòng cht dòng chảảy ty từừ đi điểểm thm thảải đi đếến đin điểểm cm cầần xn xáác đc địịnh, ngnh, ngààyy
DDtt: : đđộộ gigiảảm oxy tm oxy tạại đii điểểm t = DOm t = DOSS –– DODOtt, mg/L, mg/L
DD00: : đđộộ gigiảảm oxy ban đm oxy ban đầầu sau khi nhu sau khi nhậận thn thảải = DOi = DOSS –– DODO00, mg/L, mg/L
LLoo: BOD: BODu u ban đban đầầu sau khi nhu sau khi nhậận thn thảải (tri (trộộn ln lẫẫn NT vn NT vàà nư nướớc sông), mg/Lc sông), mg/L
kk11: h: hằằng sng sốố ttốốc đc độộ phân hphân hủủy BOD, ngy BOD, ngààyy--11
kk22: h: hằằng sng sốố ttốốc đc độộ thông khthông khíí, ng, ngààyy--11
Trường hợp ÔN trung bình: có 4 vùng
Chiều dòng chảy
DO0
Nguồn thải
Vùng phân hủy
Vùng nhiễm bẩn
Vùng phục hồi
Vùng sạch
Điểm tới hạn
DOC
DOS
DO
Điểm t
DOt
DO bão hòa
Your opinion ?Your opinion ?
CCáác chc chấất ht hữữu cơ bu cơ bềền vn vữững (Persistant Organic Pollutants, POPs)ng (Persistant Organic Pollutants, POPs)
• Đặc điểm chung:
� Những hợp chất hữu cơ tổng hợp, không có trong tự nhiên
� Không hoặc rất khó bị phân hủy sinh học, tồn lưu lâu dài trong
môi trường
� Gây tác hại nghiêm trọng cho sức khoẻ con người (gây ra các
bệnh về sinh sản, thần kinh, miễn dịch, ung thư, tổn thương gen
� Có khả năng tích lũy sinh học thông qua chuỗi thức ăn.
• Từ những năm 1990, các tổ chức OECD, UNEP, WHO bắt đầu đánh giá tác
động của hàng trăm hóa chất. Năm 1998, 35 quốc gia Nghị định thư về POPs.
Năm 2001, trên 100 quốc gia, bảo trợ bởi UNEP, đã tham gia “Công ước
Stockholm về các chất hữu cơ bền vững”.
• Danh sách 12 POPs hàng đầu được kêu gọi ngưng sản xuất và sử dụng
ngay bởi công ước Stockholm (2001): aldrin, dieldrin, endrin, DDT, chlordane, aldrin, dieldrin, endrin, DDT, chlordane,
heptachlor, mirex, toxaphene, hexachlorobenzene (HCB), polychlorheptachlor, mirex, toxaphene, hexachlorobenzene (HCB), polychlorinated biphenyls inated biphenyls
(PCBs), polychlorinated dioxins, v(PCBs), polychlorinated dioxins, vàà furansfurans.
14
Gây các vấn đề sức khỏe tương tựdioxins
Sản phẩm phụ tương tựdioxins
12. Furans
Gây khuyết tật thai nhi, rối loạn sinh sản, rối loạn miễn dịch, ung thưThời gian bán hủy = 10 -12 năm
Sản phẩm phụ của QT đốt hay sản xuất hóa chất
11. Dioxins
Suy giảm hệ miễn dịch, độc thần kinh và gây các vấn đề sinh sản.
Chất làm mát trong biến thế, tụ điện; phụ gia nhựa…
10. PCBs
Gây các rối loạn sinh sản với ngườiXử lý hạt giống, diệt nấm9. Hexachlorobenzene
Độc với các SV thủy sinh; Thời gian bán hủy = 12 năm
Diệt côn trùng8. Toxaphene
Thời gian bán hủy = 10 nămDiệt côn trùng, kiến; phụ gia chống cháy trong cao su, nhựa
7. Mirex
Diệt côn trùng, kiến, muỗi6.Heptachlor
Tác hại với hệ miễn dịch ngườiThời gian bán hủy = 1 năm
Diệt côn trùng5. Chlordane
Thời gian bán hủy = 5-15 nămDiệt côn trùng, muỗi4. DDT
Thời gian bán hủy = 12 nămDiệt côn trùng, gặm nhấm3. Endrin
Rất độc với chim, cáThời gian bán hủy = 12 năm
Diệt côn trùng2. Dieldrin
Diệt côn trùng
MMụục đc đíích sch sửử ddụụngng
Có hại với sức khỏe chim, cá, ngườiPhân hủy sinh học tạo dieldrin
1. Aldrin
ĐĐặặc tc tíínhnhPOPPOP DDTDDT: Tên hóa HC: 1,1,11,1,1--trichlorotrichloro--2,22,2--bisbis((pp--chlorophenyl) ethanechlorophenyl) ethane hay
DichloroDiphenyl Tricloroethane
Cl CH
CCl 3
C l
• Được tổng hợp và sử dụng từ chiến tranh thế giới lần thứ II – diệt
muỗi gây sốt rét.
• Sau đó dùng trừ sâu trong nông nghiệp
• Bị phát hiện tác hại với môi trường, sức khỏe nên bị cấm sử dụng
(USA từ 1972, Việt Nam tù 1995).
• Do bền và hòa tan tốt trong mỡ nên tích lũy qua chuỗi thức ăn
đến người.
• Nồng độ giới hạn trong nước mặt theo TCVN 5942-1995, DDT≤≤≤≤
0,01 mg/L (cho cả loại A và B).
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
Dioxins: Dioxins: Các sản phẩm phụ quá trình sản xuất một số hợp chất cơ-clo (ví dụ
2,4-D; 2,4,5-T) và khi đốt cháy các hợp chất cơ-clo (Vd, PVC) ở nhiệt độ tương đối thấp (< 1000oC)
Còn gọi là các PCDDs (PolyChlorinated Dibenzo-p-Dioxin) – là các dẫn xuất thế từ 1-8 Cl vào 2 nhân benzen của dibenzo-p-dioxin (75 dẫn xuất):
Dibenzo-p-dioxin 2,3,7,8-TCDD Dibenzofuran
Độc tính cao nhất là dẫn xuất 2,3,7,8-TCDD Độc, gây hoại thương da (Chloracne), khuyết tật thai nhi, gây ung thư trên động vật, gây rối loạn di truyền,…
FuransFuransNhóm hợp chất tương tự dioxin - các PCDFs (polychlorinated
dibenzofuran)→→→→ 135 dẫn xuất của dibenzofuran
O
O1
2
3
46
7
8
9
O
1
2
3
46
7
8
9
O
O Cl
Cl
Cl
Cl
1
2
3
46
7
8
9
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
• Vì độc tính của các dẫn xuất dioxin và furan khác nhau → dùng thông số TEQ (Toxic Equivalent) để đánh giá độc tính hỗn hợp.
• Mỗi dẫn xuất có 1 giá trị TEF (Toxic Equivalent Factor), lấy độc tính 2,3,7,8-TCDD là 1 đơn vị.
Ví dụ:
→ Nguồn 1 phát thải lượng nhiều hơn nhưng ít độc hơn nguồn 2
∑=
×=n
i
ii TEFCTEQ1
0,75×1 + 2×0,5 = 2,751
0,5
0,75
2,0
2,3,7,8-TCDD
2,3,4,7,8-PeCDFNguồn 2
1,0
4,0
Lượng phát thải, g/d
1
0
TEF
1×1 + 4 ×0 = 1
TEQ, g/d
2,3,7,8-TCDD
2,3,4,7,8-PeCDD
Thành phần
Nguồn 1
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
15
CCáác PCBsc PCBs• Tên gọi chung của các dẫn xuất thế Cl của biphenyl:
PolyChlorinated Biphenyl
⇒⇒⇒⇒ về LT sẽ có 209 đồng phân PCB (gọi là các “congener”), thực
tế :hơn 20 đồng phân không có trong PCB kỹ thuật.
• Sử dụng: chất làm mát trong biến áp, chất lỏng điện môi trong các
tụ điện, chất lỏng truyền lực chịu ăn mòn và chịu nhiệt trong máy
khoan, chất dẻo hóa (plasticizer),...
• Độc tính: các PCB không thế ở ortho là có độc tính cao hơn cả,
chúng kết hợp vào protein receptor (thụ thể) Ah tạo phức “PCB-
receptor”, phức này sẽ tương tác với DNA trong nhân bào ⇒⇒⇒⇒ các
ảnh hưởng độc và gây ung thư.
• Rất bền trong môi trường, có khả năng tích lũy sinh học thông qua
dây chuyền thức ăn.
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
CCáác thông sc thông s** đ đáánh ginh giáá ÔN chÔN ch++t ht hrru c/u c/
BOD=Biochemical Oxygen DemandBOD=Biochemical Oxygen Demand
� Lượng oxy cần thiết sử dụng bởi các vi sinh vật hiếu khí để oxy hoá chất
hữu cơ trong nước, NT. Đơn vị: mg O2/L (hay mg/L)
� BOD dùng phổ biến để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, đặc biệt là
chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học trong nước.
� Quá trình oxy hoá sinh học trong nước xảy ra chậm (hơn 20 ngày để oxy
hoá gần hết) →→→→ thường chọn nhu cầu oxy sau 5 ngày và ở nhiệt độ 20oC
⇒⇒⇒⇒ gọi là BOD5.
� Nguyên tắc xác định BOD5 là xác định DO của mẫu ban đầu, DO sau 5
ngày ủ mẫu (trong chai kín, ở 20oC) rồi lấy hiệu số DO (quy trình thực tế
có thể phức tạp hơn do phải pha loãng mẫu, cấy thêm ví sinh vật, ....).
BODu: Nhu cầu oxy sinh hóa toàn phần (u: ultimate) – nhu cầu oxy
với giả thiết tất cả chất hữu cơ trong mẫu bị oxy hóa bởi VSV.
)1( tkut eBODBOD ×−−×=
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
– Nếu mẫu chứa Org-N hay NH3-N sẽ có thêm phần nhu cầu oxy cho oxy
hóa hợp chất N sau gần 10 ngày. Khi xác định BOD → thêm chất ức chế
VK oxy hóa hợp chất nitơ (ATU=Allyl thiourea)
0 5 10 15 20 day
BODu
BOD5
C-BOD
N-BOD
mg O2/L
– TCVN 5942-1995: nước mặt phải có BOD5 < 4 mg/L (loại A, cung cấp nước sinh hoạt) hay BOD5 < 25 mg/L (loại B, các mục đích sử dung khác).
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
COD=Chemical Oxygen DemandCOD=Chemical Oxygen Demand
� Lượng oxy tương đương cần thiết để oxy hoá hoá học các chất hữu cơ
trong nước, NT. Đơn vị: mg O2/L (hay mg/L)
� COD cũng dùng để đánh giá ÔN các chất hữu cơ, nhưng gồm cả chất
hữu cơ bị oxy hoá và không bị oxy hoá sinh học
� Có thể dùng KMnO4, K2Cr2O7 để oxy hoá xác định COD. PP sử dụng
K2Cr2O7 phổ biến hơn vì có thể oxy hóa 95-100% chất hữu cơ.
Nguyên tNguyên tắắc xc xáác đc địịnh COD:nh COD:
Dùng lượng dư biết trước K2Cr2O7/H2SO4 để oxy hoá mẫu (x.tác Ag2SO4,
150oC, 2h), xác định lượng dư Cr2O72- bằng chuẩn độ với Fe2+ hay đo mật
độ quang ⇒⇒⇒⇒ số mđlg Cr2O72- tiêu thụ ⇒⇒⇒⇒ số mgO2/L tương đương.
TCVN 5942TCVN 5942--1995:1995:
Nước mặt phải có COD < 10 mg/L (loại A) hay COD < 35 mg/L (loại B).
Quan hQuan hệệ BODBOD55--COD:COD:
� Tỷ số BOD5/COD luôn < 1 và không có giá trị xác định
� Phân tích BOD5 cần nhiều thời gian hơn COD. Với 1 nguồn nước, NT ổn
định có thể dùng tỷ số BOD5/COD để suy ra gần đúng BOD5 từ COD và
ngược lại.
16
TTổổng carbon hng carbon hữữu cơ u cơ (TOC=Total Organic Carbon)(TOC=Total Organic Carbon)
� Lượng CO2 sinh ra khi oxy hóa mạnh các hợp chất hữu cơ trong nước, NT. Đơn vị: mg-C/L.
� Có thể oxy hóa bằng: O2/xúc tác, 900oC; S2O82-/100oC hay
S2O82-/UV,…
� Thiết bị đo: TOC Analyzer; trong đó CO2 sinh ra được định lượng với detector hồng ngoại (IR).
Nhu cNhu cầầu oxy tou oxy toààn phn phầần (TOD=Total Oxygen Demand)n (TOD=Total Oxygen Demand)
� Lượng O2 cần thiết để oxy hóa hoàn toàn chất hữu cơ trong mẫu với xúc tác ở 900oC. Đơn vị: mg O2/L.
� TOD và COD:
• TOD: oxy hóa ở dạng hơi (COD: trong dung dịch)
• Nhiều chất không bị oxy hóa trong COD nhưng bị oxy hóa trong điều kiện TOD: TOD > COD
� TOD và TOC:
• Cùng điều kiện oxy hóa như nhau nhưng trong TOC đo CO2 sinh ra còn trong TOD thì đo O2 tiêu thụ.
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
(3). D(3). Dầầu mu mỡỡ (Fats and Oils)(Fats and Oils)• Nguồn ÔN:
� Rò rỉ khi tàu thuyền lưu thông
� Sự cố tràn dầu, rò rỉ giàn khoan…
• Ngăn cản hô hấp, quang hợp của động-thực vật thủy sinh
• TCVN 5942-1995: không được có trong nước loại A; < 0,3 mg/L với loại B.
(4). C(4). Cáác chc chấất ct cóó mmààuu• Có thể là các chất tự nhiên (humic) hay chất thải công nghiệp (thuốc
nhuộm, tanin, hợp chất của Fe, Mn…) → phức của Fe với humic
• Ảnh hưởng cảm quan; cản trở quang hợp; một số chất màu độc.
• Đo bằng đơn vị Pt-Co (d.d 1 mg K2PtCl6/L = 1 đơn vị Pt-Co).
(5). C(5). Cáác chc chấất ct cóó mmùùi, vi, vịị• Nguồn ÔN: tự nhiên (phân hủy xác động thực vật) hay từ NT đô thị, CN.
• Các chất có mùi: NH3, H2S, R-SH (mercaptan), amin, phenol,…
• Ảnh hưởng cảm quan; một số chất gây hại với SV (Vd, H2S với cá)
Giun sán (Helthmins)
Taenia solium
Necator americanus
Ascaris lumbricoides
Schistosoma mansoni
Protozoa
Giardia lamblia
Cryptosporidum
parvum
Entamoeba histolytica
Tác nhân
Sán xơ mít
Giun móc
Giun đũa
Phù chân
Tiêu chảy
Bại liệt
Viêm gan A
Virus
Rotavirus
Poliovirus
Hepatitis A virus
Tiêu chảy
Tiêu chảy
Lỵ amip
Viêm dạ dày, ruột
Thương hàn
Phó thương hàn
Dịch tả
Vi khuẩn
Escherichia coli
Salmonella typhi
Salmonella paratyphi
Vibrio cholera
BệnhBệnhTác nhân
(6). C(6). Cáác tc táác nhân gây bc nhân gây bệệnh (Pathogens)nh (Pathogens)Gây các bệnh lan truyền qua nước (water-borne diseases)Nguồn ÔN: phân người, phân gia súc
Protozoa có khả năng tạo nang bào (cyst) rất khó tiêu diệt khi khử trùng.
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
VSV chỉ thị ô nhiễm phân
Thực tế không thể xác định được tất cả VSV gây bệnh trong
nước → sử dụng các VSV chỉ thị (indicator microorganisms) để
đánh giá CLN.
VSV chVSV chyy thth11 llàà VSV mVSV màà ss\\ hihi`̀n din di`̀n cn cppa cha chúúng bing biqqu thu th11 n, n,..c c
đang bđang b11 ô nhiô nhiffm cm cáác VSV gây bc VSV gây b`̀nh,nh, đ đmmng thng thaai phi phoon n áánh s/ bnh s/ b>> bboon n
chch++t vt vàà mm��c đc đ>> ô nhiô nhiffm.m.
Vì hầu hết VSV gây bệnh trong nước ó nguồn gốc phân
người và động vật → VSV chỉ thị là các VSV có mặt trong ruột.
CCáác nhc nhóóm VSV chm VSV chỉỉ ththịị quan trquan trọọng:ng:
NhNhóóm coliforms (Total coliforms, Fecal coliforms, E.coli)m coliforms (Total coliforms, Fecal coliforms, E.coli)
NhNhóóm streptococci (Fecal streptococci)m streptococci (Fecal streptococci)
NhNhóóm clostridiumm clostridium
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
17
• Trước đây, tỷ số Fecal coliforms/Fecal streptococci (FC/FS) được dùng để
đánh giá nước ô nhiễm phân người hay động vật (FC/FS > 4: ô nhiễm phân
người; FC/FS < 0,7: ô nhiễm phân động vật). Tuy nhiên hiện “US
standards…” khuyến cáo không nên dùng vì:
– Tỷ lệ sống sót rất khác nhau giữa các loài trong Streptococcus
– Sự khử trùng nước thải có ảnh hưởng lớn lên tỷ số
– PP đếm FS cũng ảnh hưởng đến tỷ số
• PP xác định mật độ vi khuẩn chỉ thị trong nước:
– PP lọc màng (Membrane filter) – cho phép đếm trực tiếp số VK; biểu
diễn: số VK/100 mL
– PP MPN (Most Probable Number) – cho ra kết quả mang tính thống kê,
không phải là số đếm VK; biễu diễn: MPN/100 mL.
Hơn 60% total coliforms là
fecal coliforms, và hơn 90%
fecal coliforms là các thành
viên của chi Escherichia.
(7). Ch(7). Chấất rt rắắn lơ ln lơ lửửngng• Các khái niệm: xem phần 3.2.
•• NguNguồồn ÔN:n ÔN:
� Tự nhiên (xói mòn đất → lũ lụt)
� Nhân tạo: nước thải sinh hoạt, công nghiệp
•• TTáác đc độộng:ng:
� Cản trở chiếu sáng → làm giảm quang hợp của SV trong nước
� Hấp phụ các chất độc hòa tan (chất hữu cơ, kim loại nặng)
� Khó khăn cho xử lý nước cấp
•• Phương phPhương phááp xp xáác đc địịnh:nh:
� Lọc – sấy (103-105oC) – cân ���� SS (mg/L)
� Lọc – sấy (103-105oC) – cân – nung (550oC) – cân ���� VSS (mg/L)
� Cô cạn – sấy (103-105oC) – cân ���� TS (mg/L)
•• NgoNgoàài ra còn đi ra còn đáánh ginh giáá qua đ qua độộ đ đụục (Turbidity):c (Turbidity):
� Đo sự tán xạ ánh sáng gây nên bởi các hạt SS.
� Sử dụng máy đo độ đục (Nephelometer)
� Đơn vị: NTU (Nephelometric Turbidity Unit)
3.5.3. C3.5.3. Cáác yêu cc yêu cầầu vu vềề CLN CLN –– Tiêu chuTiêu chuẩẩn CLNn CLN• Mục đích sử dụng nước quyết định yêu cầu về CLN (vd, nước sông cấp cho
sinh hoạt phải có yêu cầu chất lượng khác cho tưới tiêu)
• Tiêu chuẩn CLN (water quality standards):
� Các yêu cầu CLN mang tính pháp lý.
� Giới hạn cho phép về liều lượng, nồng độ của các tác nhân gây ô nhiễm
trong nước, nước thải.
• Có 3 dạng tiêu chuẩn CLN:
� TC dòng nhận (stream standard) – quy định nồng độ giới hạn các chất
ÔN trong nguồn nước (sông, hồ, biển, nước ngầm,…) để duy trì chất
lượng mong muốn.
� TC dòng thải (discharge/effluent standard) – quy định nồng độ giới hạn
các chất ÔN trong nước thải tại điểm thải (trước khi tiếp xúc với dòng
nhận thải). Quy định theo loại nguồn, cỡ nguồn thải, đối tượng nhận thải.
TC nước uống (standards for drinking water) – quy định nồng độ giới hạn
của chất ô nhiễm trong nước cấp cho mục đích ăn uống. WHO ban hành
Chỉ dẫn về CLN uống (Guidelines for Drinking Water Quality), các quốc
gia dựa vào đó ban hành tiêu chuẩn nước uống cho mình.
Tiêu chuTiêu chuẩẩn CLN n CLN ởở ViViệệt Nam:t Nam:
H` th*ng các tiêu chuvn qu*c gia TCVN do B> KH-CN ban hành
CCáác tiêu chuc tiêu chuẩẩn dòng nhn dòng nhậận:n:
TCVN 5942 - 1995 - Ch+t l,-ng n,.c - Tiêu chuvn CLN mCt.
TCVN 5943 - 1995 - Ch+t l,-ng n,.c - Tiêu chuvn CLN biqn ven ba.
TCVN 5944 - 1995 - Ch+t l,-ng n,.c - Tiêu chuvn CLN ngwm.
CCáác tiêu chuc tiêu chuẩẩn dòng thn dòng thảải:i:
TCVN 5945-1995/2005 – N,.c thoi công nghi`p - Tiêu chuvn thoi
Các TCVN 6980~6987: 2001 - Tiêu chuvn NT công nghi`p thoi vào các
v\c n,.c sông, hm, ven ba dùng cho các m=c đích khác nhau.
TCVN 6772:2000–Tiêu chuvn NTSH -Gi.i hjn ô nhifm cho phép
HHệệ ththốống cng cáác tiêu chuc tiêu chuẩẩn ngn ngàành TCN (do cnh TCN (do cáác Bc Bộộ ngngàành chnh chứức năng ban c năng ban
hhàành), vnh), víí ddụụ::
TCXD 188-1996 - N,.c thoi đô th1 - Tiêu chuvn thoi
Tiêu chuvn V` sinh n,.c ăn u*ng. Ban hành kèm theo Quy]t đ1nh
1329/2002/QĐ-BYT ngày 18/4/2002 cpa B> tr,_ng B> Y t].
Tiêu chuvn v` sinh n,.c sjch. Ban hành kèm theo Quy]t đ1nh s*
09/2005/QĐ-BYT ngày 11 tháng 3 năm 2005 cpa B> tr,_ng B> Y t]
18
TCVN 5942-2005
NTCN ≤≤≤≤ cột A: có thể đổ vào các vực nước dùng làm
nguồn cấp nước sinh hoạt.
NTCN ≤≤≤≤ cột B: chỉ được đổ vào các vực nước dùng cho
các mục đích giao thông thuỷ, tưới tiêu, bơi lội, nuôi thuỷ
sản, trồng trọt...
cột B ≤≤≤≤ NTCN ≤≤≤≤ cột C: chỉ được phép đổ vào các nơi được
quy định.
NTCN > cột C: không được phép thải ra môi trường.
?Water Treatment PlantWater Treatment Plant
3.6. X3.6. Xửử lý nư lý nướớc thc thảảii
Đại cương
3.6.1. Các quá trình xử lý sinh học
(1). XI lý hi]u khí
(2). XI lý k� khí
(3). Các h` th*ng xI lý sinh h[c khác
3.6.2. Các quá trình xử lý hóa-lý và hóa học
(1). LHng-Keo t=
(2). H+p ph=
(3). Trung hòa
(4). Oxi hóa
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
ĐĐạại cươngi cương
�Mục đích xử lý NT: loji b� hoàn toàn hay làm giom m>t phwn
hàm l,-ng các tác nhân ô nhifm đq có thq đjt các tiêu chuvn
thoi hay tái sI d=ng.
�Dựa vào bản chất quá trình xử lý:
�Các ph,/ng pháp c/ h[c - dựa trên các nguyên tắc cơ-lý.
Ví dụ: chắn rác, lắng cát, tuyển nổi …
�Các ph,/ng pháp hoá-lý - dựa trên các quá trình hoá-lý.
Ví dụ: keo tụ, tạo bông, lọc, hấp phụ, thẩm thấu ngược,..
�Các ph,/ng pháp hoá h[c - dựa trên các quá trình chuyển
hoá hoá học. Ví dụ: kết tủa, oxy hoá khử, trao đổi ion,...
�Các ph,/ng pháp sinh h[c - dựa trên các quá trình chuyển
hoá sinh hoá bởi các vi sinh vật. Ví dụ: xử lý hiếu khí, kỵ khí,
xử lý bằng ao sinh học,...
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
19
• Hệ thống XLNT đầy đủ thường kết hợp một số hay nhiều phương
pháp xử lý nói trên. Xét về m�c đ> hi`u quo xI lý, phân biệt:
� Xử lý bậc 1 (primary treatment) - chủ yếu là loại các vật thô,
đất cát, chất rắn lơ lửng, dầu mỡ; thực hiện bằng các phương
pháp cơ học, hoá-lý.
� Xử lý bậc 2 (secondary treatment) - mục đích chính là loại các
chất hữu cơ hoà tan hay dạng keo; thực hiện bằng các
phương pháp sinh học.
� Xử lý bậc 3 hay xử lý triệt để (tertiary/advanced treatment) -
khi yêu cầu chất lượng NT ra cao; mục đích là loại các chất
dinh dưỡng (N,P), các chất độc hại và các tác nhân gây bệnh;
thực hiện bằng các phương pháp sinh học, hoá học và hoá-lý.
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
NT ch,ax,� ly�
(Influent)G.C
Lưới/Songchắn rác
Hôo loại cátsỏi
(Screen) (Grit chamber)
Bêq lắngbậc1
(Primary settling tank)
A.T
Bùn hồi lưu
Bêq sục khio(Aeration Tank)
Bêq lắngbậc 2
(Secondary settling tank)
Bùn thải Bêq tiếpxúc clor
Cl2 NT đa� x,� ly�
(Effluent)
X,� ly� b�c 2X,� ly� b�c 1 X,� ly� b�c 3
O2
Sơ đô̄ hê° thống xử lý NTSH thông thường
Có thể có hoặc không (optional)
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
3.6.1. C3.6.1. Cáác quc quáá trtrìình xnh xửử lý sinh hlý sinh họọcc
(1). Xử lý hiếu khí
•• Nguyên tNguyên tắắcc
� Xử lý loại chất hữu cơ:
Ở điều kiện hiếu khí, VK dị dưỡng oxy hóa chất hữu cơ thành
CO2, H2O và sử dụng cho tổng hợp tế bào mới (loại bằng cách
lắng bùn):
{CH{CH22O} + OO} + O22 ----------�������� COCO22↑↑↑↑↑↑↑↑ + H+ H22O + CO + C55HH77OO22NN↓↓↓↓↓↓↓↓
ChCh++t ht hrru c/ u c/ TT]] bbàào VK mo VK m..ii
� Xử lý loại nitơ:
Ở điều kiện hiếu khí, VK tự dưỡng oxy hóa amoni thành nitrat, sử
dụng carbon vô cơ để tổng hợp tế bào:
Đây là giai đoạn 1 (nitrat hóa) của quá trình xử lý loại nitơ.
O2
NitrosomonasNH4
+ NO2-
O2
NitrobacterNO3
-
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
Kỹ thuật tiến hành: có 2 dạng xử lý hiếu khí chủ yếu:
QT bQT bùùn hon hoạạt tt tíính (Activated sludge process)nh (Activated sludge process)
� vi khuẩn sinh trưởng thể lơ lửng, tiếp xúc với chất hữu cơ trong NT ở bể sục khí
�một phần bùn ở bể lắng được hồi lưu (bùn hoạt tính)
� có thể loại 90% BOD, 40% N
� áp dụng phổ biến xử lý NTSH, NTCN
??BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
20
QT lQT lọọc nhc nhỏỏ gigiọọt (Trickling filter)t (Trickling filter)- VSV sinh trưởng bám trên vật liệu mang
- NT được phun từ đỉnh tháp, chảy qua lớp vật liệu
- QT phân hủy chất hữu cơ xảy ra khi NT tiếp xúc với VSV
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
(2). Xử lý kỵ khí
• Nguyên tắc xử lý loại chất hữu cơ:
Ở điều kiện kỵ khí, VK dị dưỡng phân hủy chất hữu cơ thành CH4, CO2
và sử dụng cho tổng hợp tế bào mới (loại bằng cách lắng bùn).
Quá trình phân hủy kỵ khí qua nhiều giai đoạn:
� Thpy phân:
Chất hữu cơ phức tạp + H2O → Chất hữu cơ đơn giản
� Lên men tjo acid:
Chất hữu cơ đơn giản → (VFAs) → Acetat + CO2 + H2
(VFAs: Các acid béo dễ bay hơi)
� Lên men tjo metan:
Acetat → CH4 + CO2
• Xử lý loại nitơ – giai đoạn 2:
Ở điều kiện kỵ khí, VK dị dưỡng khử nitrat (từ giai đoạn nitrat hóa) thành
N2 với nguồn carbon hữu cơ thêm vào:
6 NO6 NO33-- + 5 CH+ 5 CH33OH OH →→ 3 N3 N22 + 5 CO+ 5 CO22 + 7 H+ 7 H22O + 6 OHO + 6 OH--
3.6.1. C3.6.1. Cáác quc quáá trtrìình xnh xửử lý sinh hlý sinh họọcc
BBểể phân hphân hủủy ky kỵỵ khkhíí (anaerobic digester)(anaerobic digester)
ThoaThoaïïtt khêkhê
LLåïåïpp vavaïïngng
LLåïåïpp nnæåïæåïcc llààõngõng
LLåïåïpp bubuììnn âangâang
phpháánn huhuííyy
LLåïåïpp bubuììnn âaâaîî
phpháánn huhuííyy
LLäúäúii xaxaíí nnæåïæåïcc
llààõngõng
XaXaíí bubuììnn
BuBuììn /NTn /NT vavaììoo
KhêKhê
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
BBểể UASB (Upflow anaerobic sludge blanket)UASB (Upflow anaerobic sludge blanket)
KhêKhê
NT NT rara
LLåïåïpp âãâãûûmm bubuììnn
NTvaNTvaììoo
BBäüäü tataïïchch rrààõnõn--khêkhê
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
21
(3). Các hệ thống xử lý sinh học khác
–– Ao sinh hAo sinh họọc (Biological ponds)c (Biological ponds)
–– CCáánh đnh đồồng ngng ngậập nưp nướớc (Wetlands)c (Wetlands)
3.6.1. C3.6.1. Cáác quc quáá trtrìình xnh xửử lý sinh hlý sinh họọcc
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
3.6.2. C3.6.2. Cáác quc quáá trtrìình xnh xửử lý hlý hóóaa--lý vlý vàà hhóóa ha họọcc
(1). Lắng và keo tụ - tạo bông
• Lắng (sedimentation): lưu NT trong bể sau 1 thời gian lưu nhất
định, chất rắn lơ lửng sẽ lắng do trọng lực.
• Keo tụ (coagulation):
�Dùng chất điện ly phá vỡ trạng thái ổn định hạt keo, làm các hạt kết
dính nhau thành hạt lớn hơn có thể lắng.
�Các chất keo tụ (coagulant): Al2(SO4)3.n H2O (phèn nhôm); FeSO4.7H2O,
Fe2(SO4)3.9H2O, Ca(OH)2, NaAlO2,…
• Tạo bông (Flocculation):
• Dùng polymer làm cho các hạt keo đã mất ổn định dính với nhau thành
các bông cặn (flocs).
• Chất tạo bông (hay trợ keo tụ): polyacrylamide, [–CH2–CH(CONH2)–]n,
PAC (Poly Aluminium Chloride),…
QuQuáá trtrìình keo tnh keo tụụ -- ttạạo bông gio bông giúúp tăng khp tăng khảả năng l năng lắắng !ng !
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
Thiết bị JAR - TEST
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
(2). H(2). Hấấp php phụụ
• Dựa trên khả năng hấp phụ chất ô nhiễm trong nước thải trên bề mặt chất
hấp phụ (adsorbent).
• Chất hấp phụ: than hoạt tính, đất sét hoạt hóa, than bùn,…
• Ứng dụng:
� loại các chất hữu cơ hòa tan (đặc biệt các chất độc, khó phân hủy sinh
học)
� loại màu
� Loại kim loại nặng.
(3). Trung hòa(3). Trung hòa
• Dùng để trung hòa, điều chỉnh pH nước thải để có thể xử lý sinh học hay
tránh ăn mòn thiết bị.
• Các chất kiềm: vôi, dolomit, NaOH, Na2CO3,..
• Các acid: HCl, H2SO4,…
3.6.2. C3.6.2. Cáác quc quáá trtrìình xnh xửử lý hlý hóóa a -- lý vlý vàà hhóóa ha họọcc
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
22
Questions Questions ??
(4). Oxy h(4). Oxy hóóaa
Quá trình oxy hóa được sử dụng trong xử lý NT để:
Phân hủy các chất ÔN hữu cơ độc
Chuyển các chất hữu cơ khó PHSH thành dễ PHSH
Các chất oxy hóa: Cl2, NaClO, O3, KMnO4, và các quá trình oxy hóa
nâng cao (Fenton: H2O2 + Fe2+)
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%
Trung hoµ
«z«n ho¸
Keo tô & tạo bông
«xy hãa
HÊp phô
Trao ®æi ion
§iÖn ho¸
«xy ho¸ UV (quang ho¸)
Than ho¹t tÝnh
Nh«m ho¹t tÝnh
Trao ®æi cation
Trao ®æi anion
Lµm tho¸ng (thæi khÝ)
«xy ho¸ khö ho¸ häcXLNT
b»ngph−¬ngph¸p ho¸häc vµho¸ lý
Trung hoµkhö ®écchuyÓnc¸c chÊtkhã xö lýthµnh dÔ
xö lý
CCáác phương phc phương phááp hop hoáá hhọọc c -- hhóóa lý trong XLNTa lý trong XLNT
BB�� MÔN KMÔN K�� THUTHU��T MÔI TR�T MÔI TR���NG NG –– KHOA MÔI TR� KHOA MÔI TR���NG NG –– Đ Đ""I HI H##C KHOA HC KHOA H##C HUC HU%%